A simulação acústica no Simcenter 3D permite a análise detalhada de como o som se propaga e interage com diferentes estruturas. Com isso, engenheiros podem prever e mitigar o ruído gerado por produtos.
A integração dessas técnicas em uma única plataforma multifísica facilita a análise de como vibrações e outras forças influenciam o desempenho acústico, melhorando o design e a eficiência dos produtos finais.
Modelos do Simcenter 3D Acoustics
Entre os modelos de simulação acústica oferecidas pelo Simcenter 3D, estão:
- FEM (Finite Element Method): utilizado para resolver problemas de acústica em volumes limitados e frequências baixas a médias. É ideal para análises onde a precisão dos detalhes é crucial, como em pequenas câmaras acústicas. Além de o FEM ser mais eficiente em termos de velocidade de solução, ele permite realizar análise vibro-acústica acoplada que leva em consideração modos estruturais e materiais sonoros.
- BEM (Boundary Element Method): excelente para problemas de acústica em domínios abertos ou semiabertos, como o ruído irradiado de estruturas em ambientes externos. Reduz a necessidade de malhas volumétricas complexas, focando nas superfícies. O BEM ajuda a simplificar a simulação exterior já que apenas a malha na superfície é necessária. Isso facilita o processo de modelagem e reduz os graus de liberdade que resulta em uma análise mais fácil.
- Ray Acoustics: usado para simular a propagação de som em altas frequências e em grandes volumes, como em salas de concerto ou espaços industriais, onde as ondas sonoras se comportam mais como raios do que ondas.
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Malha a pré-processamento para acústica
As simulações acústicas requerem capacidades especializadas além das capacidades padrão de modelagem por elementos finitos (FEA). Muitas vezes é necessário modelar geometrias como o volume de ar e a área onde você deseja medir pressões acústicas.
O Simcenter oferece os recursos avançados, como envelopamento de superfície, malhagem convexa, espessamento de malha e a capacidade de criar malhas híbridas (hexa-tetra), para ajudar a acelerar os processos da malha acústica mais do que os pré-processadores tradicionais.
A disponibilidade de vários modelos de materiais para estrutura e fluido, e a grande variedade de condições de contorno e cargas estruturais e acústicas, permite configurar sua análise de forma eficiente.
Tipos de Simulações Acústicas:
Existem diversas possibilidades de simulação acústica e qual tipo deve ser escolhido a depender das estruturas da análise, carregamentos e condições de contorno presentes. Veja abaixo as possibilidades:
- Simulação Acústica: neste tipo de análise não é necessário que a malha estrutural esteja modelada. Apenas a malha acústica é necessária junto com as excitações para calcular a dissipação acústica resultante.
- Simulação Vibro-Acústica: esta técnica analisa a interação entre vibrações estruturais e o campo acústico resultante. É crucial para entender como as vibrações de uma estrutura podem gerar ruído no ambiente ao redor.
- Simulação Aero-Acústica: esta simulação é a integração dos resultados do CFD (Computational Fluid Dynamics) com a simulação acústica. Ruídos aeroacústicos são gerados pela passagem do ar em estruturas. Na simulação acústica é analisada a propagação deste ruído.
- Simulação Aero-Vibro-Acústica: nesta simulação, o fluxo de ar e as forças aerodinâmicas além de provocarem ruído como no caso anterior também vibram a estrutura que também irá gerar ruído e influenciará a acústica. É particularmente útil para estudos de ruído aeroacústico, como no design de aeronaves e automóveis.
Excitações Acústicas
Na plataforma Simcenter Acoustics, diversos tipos de forças e excitações podem ser utilizadas para simulações acústicas, incluindo:
- Excitações Harmônicas: forças periódicas que ajudam a estudar a resposta do sistema a diferentes frequências de excitação.
- Forças Transientes: cargas que variam ao longo do tempo, como impactos ou pulsos, usadas para avaliar a resposta dinâmica do sistema.
- Forças Aerodinâmicas: resultantes de fluxos de fluido, importantes para análises aeroacústicas.
- Excitações de Vibração: forças oriundas de vibrações estruturais, essenciais para simulações vibro-acústicas.
- Cargas Operacionais: forças simulando condições reais de operação do equipamento, permitindo uma análise precisa do desempenho acústico em situações práticas.
Resultados e Pós-Processamento para Acústica
No Simcenter Acoustics, as simulações podem gerar diversos tipos de respostas e resultados de pós-processamento:
- Pressão Sonora: distribuição da pressão sonora em diferentes pontos e frequências, permitindo a análise de hotspots de ruído.
- Níveis de Ruído: cálculo dos níveis de ruído (dB) em diversas áreas, facilitando a avaliação de conformidade com normas de ruído.
- Mapas de Contorno Acústico: visualizações gráficas da distribuição espacial do som, úteis para identificar fontes e trajetórias de ruído.
- Análises Modais: identificação de frequências naturais e modos de vibração que contribuem para o ruído.
- Espectros de Frequência: análise de frequência para entender a composição espectral do ruído gerado.
- Transfer Path Analysis (TPA): identificação e quantificação das trajetórias de transmissão de vibrações e ruído.
- Intensidade Sonora: medição e visualização de vetores de intensidade sonora, mostrando a direção e magnitude do fluxo de energia acústica.
- Auralização: imerge você em um ambiente acústico virtual onde você pode avaliar o desempenho acústico de seus designs ouvindo os resultados da simulação, em vez de apenas observar gráficos e curvas.
Aceleração da Análise Acústica
O Simcenter 3D Acoustic tem solvers dedicados para aumentar a velocidade de análise, permitindo obter resultados mais rápidos sem perder a precisão necessária para análise de ruído. Alguns desses modelos presentes são os seguintes:
- Adaptative Order (AO): o tempo de solução mais rápido vem da tecnologia de Ordem Adaptativa (AO) no solver FEMAO e BEMAO que se baseia em funções de forma de alta ordem e um estimador de erro a priori para reduzir eficientemente o número de graus de liberdade
- Acoustic Transfer Vector (ATV): suporta o cálculo do vetor de transferência acústica (ATV), expressando a sensibilidade da resposta de pressão em um microfone virtual por unidade de velocidade normal em pontos de campo em uma superfície radiadora. Ele pode ser reutilizado para prever rapidamente a resposta acústica para quaisquer vibrações de superfície
- Computação de Alto Desempenho (HPC): o software Simcenter 3D Acoustics HPC permite executar cálculos acústicos FEM ou BEM em modo de multiprocessamento no hardware paralelo de sua escolha. Sequências de cálculo paralelas são implementadas usando o padrão de comunicação de interface de passagem de mensagens (MPI). No caso de vibro-acústica FEM, este produto incorpora a capacidade de paralelização de memória distribuída (DMP) do Simcenter Nastran.
Benefícios da Plataforma Multifísica Simcenter 3D
- Integração Completa: o Simcenter 3D permite a integração da simulação acústica com resultados de outras análises, como dinâmicas de rotores e simulação de dinâmica multicorpos. Isso proporciona uma visão holística do comportamento do produto, melhorando a precisão e eficiência do processo de design.
- Fluxo de Trabalho Contínuo: com a possibilidade de realizar várias simulações dentro da mesma plataforma, engenheiros podem facilmente transferir dados entre diferentes tipos de análise, como dados de vibração e forças de rotor obtidos do Simcenter Motion ou dinâmica de rotores, para análises acústicas subsequentes.
- Otimização do Design: a capacidade de realizar simulações acopladas, como aero-vibro-acústica, permite otimizar o design para reduzir ruído e vibrações desde as fases iniciais do desenvolvimento do produto.
Proporcionando uma plataforma para simulação multidisciplinar
A solução acústica do Simcenter 3D faz parte de um ambiente de simulação multidisciplinar maior e integrado, com o Simcenter 3D Engineering Desktop no centro para pré e pós-processamento centralizado de todas as soluções Simcenter 3D.
Este ambiente integrado ajuda a alcançar processos CAE mais rápidos e simplificar simulações multidisciplinares que integram acústica e outras disciplinas, como previsões de ruído de motores elétricos baseadas em cargas eletromagnéticas (estator) e estruturais (rolamento de caixa de câmbio) calculadas nos módulos do Simcenter 3D Electromagnetics e Motion.
Conclusão
O Simcenter 3D é uma ferramenta poderosa para simulação acústica, oferecendo técnicas avançadas como FEM, BEM e Ray Acoustics.
Sua capacidade de integração com outras análises multifísicas, como CFD e dinâmica de rotores, permite uma abordagem abrangente e eficiente para resolver problemas complexos de vibração e ruído, resultando em produtos mais silenciosos e de melhor desempenho.
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